Sürdürüleblrlk: Doğal Kaynaklar Yönetmnn Değşen Yüzü Hayr Önal Department of Agrcultural and Consumer Economcs Unversty of Illnos at Urbana-Champagn
Paskalya Adası - Rapa Nu
Orman Alanı Kaybı
Dünya Nüfusu ve Orman Kaybı
Sera Gazı Salınımı
Borneo
Malezya Amaç artık sadece gıda üretm değl
Mekska Körfez Hpokss
Çad Gölü - Afrka
Hangzhou - Çn
Ankara Metropoltan Bölges Şehrleşme Planları 1925 (6-0.3) 1957 (455-5.7) 1990 (1200-22.5) 2015 (2300-31.0)
Özetle: Doğal kaynakların bugünkü durumu sürdürüleblr değldr. Bu noktaya gelmemzn neden olan üretm ve tüketm bçmlern ve doğal kaynakların yönetmnde uygulayageldgmz yöntemlern, yaklaşımların tümünü gözden geçrmek durumundayız. Vermllk nüfusla aynı oranda artmadığı sürece bu daha fazla doğal kaynağa htyacımız olacak demektr. Fakat katı sınırları olan br sstemde yaşıyoruz. Rapa Nu llern sorunu da buradaydı.
Gıda Ener Dğer tüketm Taşıma Rekreasyon Güvenlk Doğa Kaybı Cevre krllğ Ekonomk kayıp Kalte kaybı
Neden Byoyakıt?
Etanol Üretm Source: RFA
Başlıca Yenleneblr Yakıt Poltkaları ABD, Yenleneblr Yakıt Standardı -RFS (federal yasa, 2005, 2007) - 136 mlyar ltre byoyakıtın petrol yakıtlarına katılmasını zorunlu kılıyor, yakıt türlern ve alt lmtlern belrlyor; - Verg ndrm 0.13-0.12 $/lt konvansyonel byoyakıt, 1.01 $/lt sellülozk byoyakıt ve byodzel (programın yıllık malyet ~$7 mlyar) - Low Carbon Fuel Standard (LCFS) (Calforna) Brezlya, Pro-Alcool: %25 petrol/byoyakıt katma zorunluluğu AB, Yenleneblr Ener Drektf: 2020 den önce byoyakıt oranı konvansyonel yakıtların tüketmnn %10undan fazla olmasını zorunlu klyor.
RFS Hedefler (Mlyar lt/yıl)
Mısır Üretm ve Tarım Ürünler Fyatları
Gda Ener Sstem Büyük ölçekte byoyakıt ve byoener üretm büyük mktarda tarım alanının gıda üretmnden ener hammaddeler üretmne aktarılmasını gerektryor. Bunun gıda ve yem fyatları üzernde öneml etkler olacaktır. Byoyakıtlar konvansyonel yakıtları kame edeceğnden yakıt pyasalarında da öneml degsklkler olacaktır. Byokütle taşıma malyet yüksek br ürün, byorafnerler malyet yüksek yatırımlardır. Optmum yer ve kapaste (tess) seçm bu problemn öneml br bleşendr.
Kaynak Tahssne Standard Yöneylem Araştırması Yaklaşımı Max a (p X - c b )X, X 0 Sabt fyatlar, brm malyetler, grd katsayıları, ve sınırlı kaynak varlıklarıyla, toplam net gelr maksmze et.
Bastleştrlmş Br Kısm Denge Model Max Q X Q,X Q 0 f (q y b 0 )dq X c butun X P c Q Q, f (Q ) μ μ y y X λ 0, ve, ve μ [ X b, ve λ[b - X, μ, λ 0 KKT Şartları ve Q [f (Q ) μ ] 0 butun y X X ] 0 X [ c μ y λ] 0 - Q ] 0 butun
Sabt Fyatlı Mkro Üretc Model (LP) Max, X {p y b, c X }X 0 Optmalte gerekl ve yeterl şartları X c b, ve p y λ λ[b - 0, ve X ] 0 X [ c p y λ] 0 X 0,λ
Fyatlar, Üretc/Tüketc Davranışı, Lostk Araç: Tüketc ve üretc davranışlarının brarada ele alındığı, tarımsal ürün fyatlarının ve yakıt fyatlarının çsel olarak belrlendğ çok peryodlu dnamk br ekonomk smulasyon model Amaç: Maksmum toplumsal artı (socal surplus) Kısıtlar: Kaynak lmtler, yıllık byoyakıt hedefler (2007-2022) Değşkenler: Bölgesel ürün desen (rotasyonlar), üretm ve tüketm mktarları, fyatlar, tess yer ve ölçeğ, taşıma ağı Büyük ölçekl 0-1 değşkenl br kuadratk optmzasyon model
Braz Daha Detayl Model
Optmum Tess Seçm Model Gerye Dönüşlü Algortmk Yöntem Adm-1: t=t (2022). t yılındak byoyakıt taleb ve sektör modelnden elde edlen bölgesel hammadde arzları le, optmal tess seçm ve ulaşım ağı problemn çöz {Br yllk statk model, dogrusal tamsayl program} Adm-2: yer seçeneğnde hçbr tess kurulmamıssa lerk aşamalarda y at, dğer seçenekler cn kurulan kapastey maksmum kapaste olarak sabtle; t=t-1, adım-3 e gt. Adm-3: t=0? Evet se adım-4 e değlse adım-2 ye gt. Adm-4: Dur, (Y t,c t ) optmum çözüm. Optmum tess seçm çözümünü ulaşım bleşen eklenmş sektör modelne gr, ürün desen, bölgesel byokütle arzını ve pyasa dengelern yenden belrle, tess seçm modeln yenden çöz.
Number of refneres Selülosk Etanol Rafner Sayısı 40 35 30 25 MIQCP (CPLEX) 20 15 10 Two-stage wthout backward soluton Two-stage wth backward soluton 5 0 2013 2016 2019 2022
Sonuçlar ve Bazı Gözlemler Tess seçm gözardı edldğnde gözlenen yamalı ve mekansal olarak dağınık byokütle arzı yern seclen byorafnerler etrafında kümelenmş daha toplu br arz yapısına bırakır, ekonomk olarak daha anlamlı olan ve beklenen br sonuçtur bu. Tess seçm hmal edldğnde ener btklerne 4.9 mlyon ha alan ayrılması ve 13 mlyon ha lık br alandan se btk artıkları toplanması en y çözüm. Tess seçm kaale alındığında se optmal çözümler 2.6 ve 25 mlyon ha. Bu çok farklı k sonuç tarım üretcler, yatırımcılar ve poltka belrleycler açısından çok öneml br bulgudur.
Btk Artıkları Arzı (mısır, buğday) Wthout consderaton of Refnery Locatons 1000 MT 0 Wth 1-243 244-531 532-938 939-1661 1662-3219 3220-7446
Ener Btkler Arzı Wthout consderaton of Refnery Locatons 1000 MT 0 Wth 1-243 244-531 532-938 939-1661 1662-3219 3220-7446
!( 5!( 7 Optmum Tess Seçm (yer ve ölçek, 2022) (M ga 0!( 1!( 2
Byoyakıt Üretmnn Tarım Sektorü ve Sosyal Refah Üzerne Etkler Scenaros BAU RFS wthout refnery locaton consderaton RFS wth refnery locaton consderaton Land Allocaton (Mllon hectares) Corn 30.0 32.9 33.0 Soybeans 30.0 28.2 28.9 Crop resdues 12.7 24.7 Energy crops 4.9 2.3 Crop Producton (Mllon metrc tons) and Prces ($/metrc ton) Corn producton 324.6 358.4 358.5 Soybean producton 87.8 81.6 83.8 Corn prce 131.8 151.7 158.1 Soybean prce 329.7 371.0 395.4 Socal Welfare (Bllon $) 1 Agrcultural consumers 1634.6 1537.6 1526.1 (-5.9) (-6.6) Agrcultural producers 1095.0 1323.8 1335.1 (20.9) (21.9)
Alternatf Byoyakıt Poltkalarının Etkler (% degsme) Scenaro RFS RFS+LCFS RFS+LCFS+ CO2 tax US Emsson -4.8-8.3-10.9 Global Ems. -1.1-4.5-6.5 Fuel Imports -10.8-11.8-14.1
Byoyakıt Poltkalarının Kaynak Kullanımına Etkler (mlyon ha) Scenaro BAU RFS LCFS Total Agr. Land 295.3 301.7 (%2.2) 311.8 (%5.6) Energy Crops - 4.9 30.4 Margnal Lands Regular Cropland - 3.7 15.8-1.2 14.6
Marnal Tarım Alanlarının Üretm Amacıyla Kullanılmasının Sakıncaları Su kütlelerne (göl, nehr, dere) yakn meyll arazlerde erozyon tehlkes Kmyasal grdlern br kısmının yüzey akışı ve sızmalar nedenyle su kaynaklarına karışması Monokültür, bazı alanlarda ekosstemlern dengesnn bozulması, ve byoçeştllk kaybı
Kurtlar Nehr Yataklarını Nasıl Değştrr Yellowstone Ekosstem
Arılarda Kolon Çökme Bozuklugu Bu neden öneml? Arılar - Kş mevsmnn şddetne ve lkbaharda hava değşklklerne bağlı olarak yılda %10-15 cvarında kolon kaybı normal görülür. Ancak ABD de 2006 dan bu yana her yıl %30u geçen kayıp normal değl. Avrupa da durum aynı. İtalya da, 2007de kolonlern %40-50 s çöktü. olmadan pek çok btkde, tükettğmz sebze ve meyvelerde yeterl tozlaşma olamaz.
Muhtemel Nedenler - Btk örtüsü çeştllğnde azalış - Çevre krllğ - Küresel ısınma-klm değşklğ - Cep telefonu ve elektromanyetk snyaller - Tarım laçları, özellkle neoncotnods - Genetğ değştrlmş ürünler Doğa hem natçı, hem kırılgan Türler arasındak lşkler hayl karmaşık, çoğu kez bu lşkler blemyoruz! Ekosstemlern korunması, canlı hayatın devamı konusunda blnmedk, beklenmedk tehlkelere karşı br sgortadır.
Öncelkl Doğa Koruma Alanları Orman, otlak ve sulak alanların kaybı pek çok canl türünün ve byoçeştllğn kaybolması sonucunu doğuruyor. Byoçeştllğn korunması ve gelştrlmes cn doğa koruma alanları ve alan ağları oluşturmak etkn br cözümdür. Öncelkl Doğa koruma alanlarının belrlenmes ve gelştrlmes ekolok olduğu kadar ekonomk br problemdr. Fnansal kaynak yeterszlğ en büyük sorundur. Problem : Kısıtlı kaynaklar altında ekolok ve ekonomk bakımdan en etkn koruma alanlarının belrlenmes.
ABD Doğa Koruma Alanları Illnos eyaletnde son brkaç yüzyıl çnde ormanlar ve bataklıkların tarım topraklarına dönüşmes yüzünden cdd br byoçeştllk kayb olmustur. Bugün eyalette varlığı tehdt altında olan 424 tür blnyor (bunların 24ü aynı zamanda federal düzeyde de tehdt altındak türler lstesnde). Türlern ve doğal yaşama alanlarının korunması amacıyla eyalette rl ufaklı 319 rezerv kurulmuş ve yönetlyor. ABD de koruma alanları 6770 kara (261 mlyon ha) 787 denz (63 mlyon ha) Ulusal parkları zyaretç sayısı= 292.8 mlyon/yıl Mll parklar bütçes 3 mlyar dolar
Avrupada Doğa Koruma Alanları Türkyede mll parklar ve koruma alanları: 0.9 mlyon ha
Bastleştrlmş ÖDA Seçm Problem Alan Korunacak Türler Brm a b c d e f g h 1 2 3 4 5 Içnde bütün türler barndran en küçük alan brm set?
Braz Daha Karmaşık Problem 1 2 3 4 5 6 7
ODA Seçm Problemne Çözüm Tamamlayıcılık Yöntem (sezgsel - heurstc): Her adımda daha öncek adımlarda koruma altına alınmıs tür setne en çok katkıyı sağlayan alan brmn seç, bütün türler seçlen alanlarda bulunuyorsa dur: En y çözum Kolay; fakat myopk, alt-optmal çözüm
Br Doğa-koruma Blmcnn Eleştrs Doğa-koruma blmcler arasında çok popüler olan ve tamamlayıcılık prensb mertebesne yükseltlmş bu algortmk yaklaşım optmal değl br alt-optmal çözüm bulma yaklaşımıdır. Byolok kaynakların optmal yönetmnn bulunması matematkçler ve mühendslern daha y ele alableceğ br problemdr. Bu fadem braz aşırıya kaçıyor gb görüneblr ama matematkçler etkn doğa koruması problemnn çözümüne kesnlkle öneml katkı sağlayacaklardır. Underhll, L.G. (1994). Optmal and suboptmal reserve selecton algorthms, Bologcal Conservaton 70, 85-87. L.G. Underhll
Küme Kaplama Formülasyonu Church, R.L. & C. ReVelle. 1974. The maxmum coverng locaton problem. Papers of the Regonal Scence Assocaton 32 101-118. Mn X s X X 0,1 1, s X 1 0 brm seclmsse deglse
Maksmal Kaplama Formulasyonu deglse 0, korunmussa tür 1 deglse 0, seçlmsse brm 1 0,1, s, s Y X Y X b X c X Y Y Max s s s s s
Pratk Sakıncalar - İtrazlar Seçlen alanların mekansal özellklern gözardı etmek gerçekc değldr. Bu optmzasyon yaklasımları le bulunan çözümler genelde dağınık br yapı gösterrler; böyle dağınık yapılar ne gerçekte türlern korunmasına yardımcı olur ne de yönetm kolaydır. Pratkte önem olan bazı mekansal özellkler: sürekllk (contguty), yoğunluk (compactness), bağlanablrlk (connectvty), koruma alanının çevre boyunun mnmzasyonu,
Modelleme ve Çözüm Zorluğu
Molanen, A., Wlson,K.A., & Possngham, H.P. (2009). Spatal Conservaton Prortzaton: Quanttatve Methods and Computatonal Tools, Oxford Unversty Press.
Yoğun ÖDA Seçm Problem R1 R3 R4 R2
En Küçük Çevrel ÖDA Seçm Problem
Mekansal-Bağlantılı ÖDA Seçm Problem Sürekllk çn yeterl şart: Seçlen br brmden çıkan akış o brme gelen toplam akıştan fazla olmalıdır
Çözüm Zorluğu? CFR Uygulaması, >4000 brm Mnmum Çevre Çözümü Optmum Bağlantılı Çözüm M. Rdge: -These are lookng really good! B. Pressey: - I'm also mpressed wth the results.
Bağlanablrlk Özellğ Mekansal olarak sürekl koruma alanları her zaman anlamlı çözüm vermez. Sürekllğ sağlamak amacıyla aslında uygun habtat ozellg olmayan bazı brmler de en y çözümde bulunablrler (kayalık veya bataklık alanlar gb). Ya da uzun kıvrımlı pratkte anlamlı olmayan şemalar elde edleblr. Böyle durumlarda daha anlamlı br formulasyon fonksyonel sürekllğ (bağlanablrlk) sağlamak ve seçlen alanların aynı zamanda yoğun (compact) olmasını sağlamaktır. Bu problemn doğrusal tamsayılı programlama olarak ve hem de hızlı çözüleblen br formulasyonunu ve bazı uygulamalarını bugünkü E311 oturumumuzda sunacağım.
Önümüzdek Problemler ÖDA problemne çözüm ararken türler arasndak lşkler, krtk varoluş sınırlarını, dnamkler, ve belrszlkler gözönüne almak stedğmzde çok daha karmaşık problemlerle karşı karşıya kalacağız. Sstem blm olarak Yöneylem Araştırmasının optmum doğa koruma alanlarının belrlenmesne öneml katkıları olacaktır. Yöneylem Araştırmacılar ekolo, byolo, ve ekosstemlerle lgl dger blm dallarında çalışanlarla, ve en önemls karar verc durumda olan nsanlarla yakın çalışma ortamı çnde olmalılar.
Teor ve Uygulama Koruma blmcler ve matematkçler olarak gerçekten br fark yaratablyormuyuz? Lteratürde yayınlanmış br hayl sofstke çalışmalar var, bunların kaçı şu veya bu şeklde gerçek problemlere uygulanmıştır? Uygulanmadıysa ne yapılablr? Bob Pressey: Benm zlenmm şu k uygulamalar doğru nsanların doğru zamanlarda brbrleryle konuşabldğ kazalardır.
Orta Doğu Su Sorunu ve Su Pyasası Su kaynakları üzernde gerek nsan faalyetler gerek doğanın yarattığı değşmler nedenyle çft yönlü br baskı vardır. Özellkle su sıkıntısı olan bölgelerde aşırı nüfus artışı, kırsal kesmden şehrlere doğru artan göç ve bunun sonucunda oluşan nüfus değşmler, gıda güvenlğ, sosyo-ekonomk refahın artması, tarımsal ve sanay kaynaklı krllk, küresel klm değşklğ sonucu yağış remlernn değşmes, hdrolok döngünün tüm elemenlarını etklemektedr. Bunun sonucunda su kaynakları gün geçtkce hem mktar hem de kalte açısından değşme ugramaktadır. Suyun arzı le tüketm taleb arasındak uçurum her geçen gün büyümektedr. Türkye ve yakın çevres, blhassa Ortadoğu, söz konusu sorunların en fazla hssedldğ bölgelerdr. Gerek Türkyenn gerek bölge ülkelernn bölgesel stkrar ve refahın artışı le komşuluk lşklernn dernleştrlmes yönünde harcadığı çabaların hedefne ulaşmasında su kaynaklarının kullanılması konusunda blgye dayalı y nyetl ve aktf şbrlg çnde olunması tüm taraflar çn elzemdr. Ortadoğu Stratek Araştırmalar Merkez, Rapor #63
TEŞEKKÜR EDERİM!